低反動度高負(fù)荷吸附式軸流壓氣機(jī)

發(fā)布時間：2020-09-10 16:44

　　現(xiàn)代的軸流壓氣機(jī)設(shè)計要求具有更高的單級負(fù)荷和更少的級數(shù),用傳統(tǒng)設(shè)計方法達(dá)到這一指標(biāo)難度較大,存在的問題較多。為此,本文首次提出了一種“低反動度”的壓氣機(jī)設(shè)計新概念來解決這一設(shè)計難點(diǎn),并借助于數(shù)值模擬的方法對這一概念進(jìn)行了論證,數(shù)值模擬結(jié)果表明這種設(shè)計概念是切實可行的。本文首先系統(tǒng)地闡述了低反動度軸流壓氣機(jī)這一設(shè)計概念,其主要內(nèi)容為:動葉進(jìn)口采取預(yù)旋降低其反動度,使動葉在大轉(zhuǎn)折角工況下吸力面附面層不分離,保持較高的效率;靜葉具有大轉(zhuǎn)角的特點(diǎn),采用附面層抽吸等主動控制技術(shù)來抑制葉柵內(nèi)強(qiáng)烈的三維分離流動。利用Fortran語言平臺編制了基于低反動度設(shè)計概念的準(zhǔn)三維氣動設(shè)計程序及三維葉片造型程序。考慮到靜葉轉(zhuǎn)角最大范圍等限制因素,氣動設(shè)計程序中對動葉加功量沿葉高的分布做了特殊處理,使其沿葉高具有按任意拋物線分布的特點(diǎn)。采用商用計算軟件對上述程序設(shè)計的動葉進(jìn)行了全三維的數(shù)值模擬,結(jié)果顯示該動葉具有較高的等熵效率和寬廣的穩(wěn)定工作范圍,實際加功量沿葉高分布和預(yù)期結(jié)果一致,滿足設(shè)計要求。本文采用數(shù)值方法研究了靜葉的稠度及展弦比對氣動性能的影響,通過對數(shù)值模擬結(jié)果的分析了解了這些參數(shù)和流場結(jié)構(gòu)之間的關(guān)系,明確了其選取規(guī)則。接著采用優(yōu)化設(shè)計的方法對靜葉作優(yōu)化改型,優(yōu)化內(nèi)容主要包括動靜葉氣流角匹配、葉型厚度分布優(yōu)化以及徑向積疊規(guī)律的探討,優(yōu)化結(jié)果表明采用適當(dāng)?shù)娜~型厚度分布和積疊方式對于流動的改善效果明顯。本文最后對附面層抽吸技術(shù)在靜葉中應(yīng)用作了詳細(xì)研究。通過對不同抽吸方式和位置的數(shù)值模擬結(jié)果分析,確定了單一抽吸的最佳方式和位置分布。進(jìn)而采用混合抽吸的方法成功抑制了葉柵內(nèi)強(qiáng)烈的三維分離流動,實現(xiàn)了設(shè)計目標(biāo)。同時,文中采用拓?fù)浞治龅姆椒ㄑ芯苛烁矫鎸映槲鼘α鲌鼋Y(jié)構(gòu)的影響,指出附面層抽吸降低損失的機(jī)理是因為有效地抑制了附面層的分離。
【學(xué)位單位】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位年份】：2006
【中圖分類】：TH453
【部分圖文】：

葉片進(jìn)口和動葉抽吸系統(tǒng)示意圖

速度三角形,動葉,靜葉

設(shè)計概念的實質(zhì)是將達(dá)到高壓比所帶來的需要同時控制動靜葉分離流動的問題轉(zhuǎn)換成了單獨(dú)控制靜葉分離流動的問題�？偟膩碇v，低反動度高負(fù)荷吸附式軸流壓氣機(jī)設(shè)計概念的關(guān)鍵技術(shù)主要有以下三點(diǎn)：1) 動葉采用進(jìn)口預(yù)旋的方式降低反動度，抑制吸力面附面層分離。對于多級情況，前幾級動葉采用較小的預(yù)旋，使下一級靜葉轉(zhuǎn)角保持在合理范圍內(nèi)（氣流不發(fā)生分離）；最后一級（或末幾級）采用較大的預(yù)旋，這時靜葉的轉(zhuǎn)角較大，需要采用主動控制方法抑制分離流動；最后一級靜葉一般采用軸向出氣。2) 動葉中不抽吸，僅在最后一級（或幾級）轉(zhuǎn)角較大的靜葉中采用抽氣來控制葉柵內(nèi)的分離流動。這樣可以大大簡化抽吸管路的排布問題，從而降低設(shè)計難度。3) 靜葉中應(yīng)采用壁面（主要是吸力面）和兩端區(qū)混合抽吸的方式來實現(xiàn)對分離流的控制。2.2 低反動度設(shè)計的限制因素

極限流線,壁面,吸力面,分支